導(dǎo)語：智能電表質(zhì)量評(píng)價(jià)方案和模型分析一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點(diǎn)，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

摘要：智能電表作為我們?nèi)粘１貍涞碾娔苜Y源的計(jì)量工具，與我們的生活息息相關(guān)。文章根據(jù)不同的用電環(huán)境現(xiàn)場的溫度、濕度、低功率因數(shù)等主要影響因素進(jìn)行了聚類，對(duì)環(huán)境進(jìn)行劃分，將得到不同環(huán)境的主要因素出現(xiàn)的頻率在電表掛臺(tái)上進(jìn)行相關(guān)模擬，采集掛表臺(tái)上電能表的運(yùn)行數(shù)據(jù)，建立誤差一致性評(píng)價(jià)模型，對(duì)不同廠家的電表做質(zhì)量排序。

關(guān)鍵詞：聚類；誤差一致性；質(zhì)量排序

智能電表作為我們?nèi)粘１貍涞碾娔苜Y源的計(jì)量工具，可以幫助人們有效控制緊缺的電能資源的利用率，與用戶和電力企業(yè)之間的經(jīng)濟(jì)效益有著直接關(guān)系，可見電能表的計(jì)量準(zhǔn)確性對(duì)自動(dòng)化檢定尤為重要[1]。近年來，隨著各計(jì)量中心相應(yīng)計(jì)量系統(tǒng)的建立，已實(shí)現(xiàn)自動(dòng)檢定和檢定誤差依據(jù)不同標(biāo)準(zhǔn)對(duì)不同廠家和型號(hào)的數(shù)據(jù)上傳[2]，但是當(dāng)現(xiàn)場環(huán)境復(fù)雜時(shí)，未能針對(duì)其特殊的環(huán)境進(jìn)行模擬和預(yù)測。例如，廣州屬于典型的嶺南氣候，在這種潮濕、高溫、多雷等環(huán)境條件下電子式電能表的電子元器件、功能都容易發(fā)生故障；根據(jù)計(jì)量中心近3年的運(yùn)維數(shù)據(jù)顯示，大用戶電能表（三相電能表）的故障率在2.5%左右；根據(jù)近三年運(yùn)行抽檢報(bào)告，低壓居民用戶計(jì)費(fèi)用的電表（單相電能表）不合格率在2%左右。由于現(xiàn)場環(huán)境復(fù)雜，目前實(shí)驗(yàn)室只是在檢驗(yàn)方面可完成副電能以及采集終端的質(zhì)量檢驗(yàn)，仍需針對(duì)特定場景模擬其現(xiàn)場情況，并通過抄表終端對(duì)電能表數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)抄讀與分析，依據(jù)檢定其誤差及時(shí)發(fā)現(xiàn)智能電表的質(zhì)量問題，完成有關(guān)對(duì)電能表的全生命周期的一項(xiàng)評(píng)價(jià)[3]。因此本文提出了根據(jù)不同的用電環(huán)境現(xiàn)場的溫度、濕度、低功率因數(shù)等主要影響因素進(jìn)行了聚類分析，得到不同環(huán)境的主要因素出現(xiàn)的頻率進(jìn)行相關(guān)模擬，在電表掛臺(tái)上的10個(gè)產(chǎn)家的電能表的運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)采集，并建立誤差一致性評(píng)價(jià)模型，對(duì)不同廠家的電表做質(zhì)量排序。

1智能電表評(píng)價(jià)方案的設(shè)計(jì)

智能電表的評(píng)價(jià)方案主要針對(duì)不同的用電環(huán)境進(jìn)行盡可能相似的模擬，因此本文采用K-means聚類方法對(duì)不同的用電環(huán)境進(jìn)行分類，通過加入不同頻率的電應(yīng)力以及相應(yīng)的溫度、濕度的前提下進(jìn)行相應(yīng)的方案設(shè)計(jì)。1.1K-means聚類聚類分析法是大數(shù)據(jù)分類的常用方法，對(duì)大數(shù)據(jù)分類發(fā)揮著重要作用。劃分聚類、層次聚類、基于密度的聚類、基于網(wǎng)格的聚類是目前主流的聚類方法，并對(duì)其適用范圍和特點(diǎn)進(jìn)行了歸納，得到結(jié)果如表1所示[4-5]。根據(jù)上表1的聚類方法對(duì)比，容易發(fā)現(xiàn)劃分聚類和層次聚類應(yīng)用范圍較為普遍，但是因?qū)哟尉垲惖挠?jì)算復(fù)雜度為O（n2），并不適合處理環(huán)境因素量大的樣本。因此本文選擇K-means聚類方法，K-means方法的計(jì)算復(fù)雜度為O（n），適合于大數(shù)據(jù)的處理分析。但k-means方法大致存在三種缺點(diǎn)：（1）K-means算法需要事先給定中K，但K值的選擇通常是不確定的。（2）絕大部分情況，給定的數(shù)據(jù)集應(yīng)該分成多少個(gè)類別才最合適是事先不確定的；（3）在K-means算法中，首先需要隨機(jī)選擇初始聚類質(zhì)心，然后不斷進(jìn)行迭代計(jì)算。故針對(duì)大量氣候數(shù)據(jù)、低功率因數(shù)等環(huán)境因素的劃分選擇k-means分類方法。1.2基于K-means聚類的環(huán)境劃分以及模擬。受氣候影響和現(xiàn)場用電環(huán)境復(fù)雜度的影響，電能表通常會(huì)導(dǎo)致計(jì)量精確度出現(xiàn)問題，經(jīng)過大數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，主要溫度、溫差、濕度、日照、用電行業(yè)息息相關(guān)。用電行業(yè)主要通過低功率因數(shù)、波形畸變、過負(fù)荷、動(dòng)態(tài)負(fù)荷、沖擊負(fù)荷、電壓波動(dòng)、電磁干擾這七種主要波動(dòng)因素導(dǎo)致，故以11個(gè)指標(biāo)進(jìn)行聚類劃分，模擬出其相應(yīng)的環(huán)境因素及其出現(xiàn)的頻率。低功率因數(shù)、波形畸變、過負(fù)荷、動(dòng)態(tài)負(fù)荷、沖擊負(fù)荷、電壓波動(dòng)、電磁干擾這七種主要波動(dòng)因素主要通過各種電應(yīng)力的表現(xiàn)，因此通過模擬相應(yīng)的電應(yīng)力的頻率實(shí)現(xiàn)電能表質(zhì)量評(píng)價(jià)方案的設(shè)計(jì)。電網(wǎng)操作會(huì)產(chǎn)生瞬間過壓，開關(guān)斷開會(huì)擊穿拉弧引起群脈沖干擾，負(fù)載短路或容性負(fù)載會(huì)產(chǎn)生沖擊電流，非線性負(fù)載會(huì)產(chǎn)生諧波干擾，甩負(fù)載會(huì)產(chǎn)生短時(shí)工頻過壓，感應(yīng)雷會(huì)產(chǎn)生浪涌電壓等等，這些干擾都是從電網(wǎng)的電壓線或電流線傳入電表，它們會(huì)對(duì)電表本身和通信產(chǎn)生影響，電應(yīng)力試驗(yàn)室模擬有兩種方式，一種是實(shí)驗(yàn)室標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備，這些設(shè)備發(fā)出標(biāo)準(zhǔn)的干擾波形，有規(guī)定的試驗(yàn)方法，但這些設(shè)備帶負(fù)載能力有限，只能進(jìn)行單塊表干擾試驗(yàn)，同時(shí)這些設(shè)備不能長時(shí)間工作。另一種模擬方式是真實(shí)負(fù)載模擬，這種方法能長時(shí)間工作，帶負(fù)載能力強(qiáng)，設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)方式如下[6-7]：電網(wǎng)操作、甩負(fù)載過程中往往會(huì)出現(xiàn)過壓現(xiàn)象，因此模擬產(chǎn)生采用升壓變壓器、繼電器、PLC控制實(shí)現(xiàn)，產(chǎn)生3UN的瞬間電壓值，取高概率的2UN過壓值和低概率發(fā)生的6~7UN的電壓值的中間值。電網(wǎng)在斷開開關(guān)觸點(diǎn)時(shí)，產(chǎn)生的拉弧會(huì)擁有較高的幅值、較抖的上升沿，即產(chǎn)生電網(wǎng)脈沖干擾。通過電容放電、感性負(fù)載的開斷模擬電網(wǎng)脈沖干擾。電網(wǎng)在日常情況下，偶爾會(huì)發(fā)生短路故障，或者電容負(fù)載，產(chǎn)生較大的沖擊電流。通過對(duì)電容充放電來模擬沖擊電流對(duì)采樣電路的短暫性沖擊，實(shí)現(xiàn)對(duì)電網(wǎng)沖擊電流的模擬。在電網(wǎng)中，往往存在非線性負(fù)載，容易產(chǎn)生對(duì)電能計(jì)量和電表電源的干擾的諧波，采用可控硅調(diào)制進(jìn)行模擬產(chǎn)生。在電網(wǎng)中往往存在大型負(fù)載突然或者短暫的將電壓拉低以及突然停電，該現(xiàn)象屬于電網(wǎng)電壓的暫斷、掉電。采用PLC控制繼電器產(chǎn)生電網(wǎng)電壓的暫斷、掉電對(duì)電能表掉電存數(shù)和電表電源產(chǎn)生干擾。電網(wǎng)中過壓、欠壓、過流時(shí)間過長，易導(dǎo)致電表發(fā)熱、黑屏。采用升壓、降壓、電流變壓器產(chǎn)生工頻過壓、過流、欠壓現(xiàn)象來研究其對(duì)電能表的影響。1.3試驗(yàn)方案表箱100只電表按不同廠家規(guī)格，分成10組，每組10只電表，記錄在案。分批次進(jìn)行實(shí)虛負(fù)載試驗(yàn)。模擬環(huán)境劃分的不同情況，針對(duì)同一批次的不同電表，對(duì)同一測試點(diǎn)進(jìn)行測試，比較相應(yīng)的測試結(jié)果，并規(guī)定了誤差超限的范圍。這是對(duì)電能表的再現(xiàn)性性能作出了檢驗(yàn)。在參比電壓、100%Ib、10%Ib、功率因數(shù)1.0和0.5L，對(duì)10個(gè)同一批次的測試樣本加載參比電壓、基本電流30min后，參照表2的誤差一致性限值，判斷被測樣品的測量結(jié)果與同一測試點(diǎn)n個(gè)樣品的平均值的最大差值是否符合要求。時(shí)間間隔為20天。

2計(jì)量誤差一致性評(píng)價(jià)模型

模型建立：根據(jù)上述實(shí)驗(yàn)獲得數(shù)據(jù)，針對(duì)同一個(gè)商家的電能值計(jì)算不同溫度下的相對(duì)誤差y，把其看成正態(tài)分布，計(jì)算出同一個(gè)商家的10個(gè)電能表的相對(duì)誤差的均值μy和標(biāo)準(zhǔn)差σy，進(jìn)而分析不同溫度下的計(jì)量精度一致性水平。誤差均值μy，代表計(jì)量精度，其越高越趨近于0；計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)差σy代表誤差波動(dòng)，表示計(jì)量精度一致性越好，其值越趨近于0越好。電能表電能的相對(duì)誤差y看作服從正態(tài)分布N（μy，σy2），為盡量同時(shí)滿足μy盡量小和σy2要小（波動(dòng)小），設(shè)定一致性評(píng)價(jià)量Y數(shù)學(xué)表達(dá)式為：Y=μn2+σn2姨（1）其中，表達(dá)式中μn為標(biāo)準(zhǔn)化處理均值μy的值；σn為經(jīng)過標(biāo)準(zhǔn)化處理的標(biāo)準(zhǔn)差σy的值。通過標(biāo)準(zhǔn)化處理達(dá)到了不同單位或量級(jí)的指標(biāo)能夠進(jìn)行比較和加權(quán)目的，其通過去除數(shù)據(jù)的單位限制，將其等比例縮放，轉(zhuǎn)化為無量綱的純數(shù)值。標(biāo)準(zhǔn)化處理均值μy的過程如表達(dá)式（2）：μn=μy-μy-minμy-max-μy-minμy-max代表μy的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的最大值經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化處理后得到的上限值；μy-min代表μy的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的最小值經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化處理得到的下限值。均值μy經(jīng)過標(biāo)準(zhǔn)化處理的轉(zhuǎn)換到（0，1）區(qū)間內(nèi)數(shù)值μn。對(duì)標(biāo)準(zhǔn)差σy作與均值μy相同的標(biāo)準(zhǔn)化處理。得到處于同一量級(jí)的μn和σn代入式（1）中，則計(jì)算出一致性評(píng)價(jià)量Y。Y的值越小，說明μn2+σn2越接近于0，計(jì)量精度越高，一致性越好。將試驗(yàn)的計(jì)算結(jié)果，進(jìn)行數(shù)值從小到大的排序，越小的數(shù)字代表其一致性越好。

3結(jié)束語

本文針對(duì)不同的用電環(huán)境現(xiàn)場的主要影響因素進(jìn)行了聚類分析，得到不同環(huán)境的主要因素出現(xiàn)的頻率進(jìn)行相關(guān)模擬，在電表掛臺(tái)上的10個(gè)產(chǎn)家的電能表的運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)采集，并通過建立的相關(guān)模型對(duì)電表做出了誤差一致性評(píng)價(jià)，得到了較好的效果，有利于電能表的自動(dòng)化監(jiān)控和推廣，大大提高了效率。

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作者:何圣川 郭斌 陳健華 馮興興 單位:廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司廣州供電局